струйный аппарат для промывки скважин

Формула изобретения

Струйный аппарат для промывки скважин, содержащий корпус с установленным в нем струйным насосом, уплотнительный пакер, включающий ствол, цилиндр, поршень и манжету, канал подвода активной среды к поршню и размещенный по оси и жестко связанный с корпусом патрубок, внутренняя полость которого образует канал подвода пассивной среды, отличающийся тем, что он снабжен приемным фильтром, канал подвода активной среды к поршню выполнен в виде кольцевого пространства, образованного наружной поверхностью и внутренней поверхностью ствола, а приемный фильтр закреплен к нижней части цилиндра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтяного оборудования, преимущественно к струйным насосам для промывки призабойной зоны скважин с целью повышения нефтеотдачи пласта.

Известна установка для промывки скважин, состоящая из колонны насосно-компрессорных труб, спущенных в скважину до забоя. В трубы закачивают реагент под давлением при открытом затрубном пространстве. При этом промывочная жидкость вытесняет внутрискважинную жидкость частично в продуктивный пласт, а частично - на поверхность, заполняя всю скважину. В результате различные отложения и осадки вымываются с забоя и стенок скважин и подаются на поверхность (1).

Недостатком данной конструкции является то, что при промывке скважин на ее забой действует гидростатическое и гидродинамическое давление от столба жидкости, в результате чего загрязненная внутрискважинная жидкость проникает в пласт, ухудшает фильтрационные свойства призабойной зоны, что в конечном итоге ведет к снижению продуктивности скважины при ее вводе в эксплуатацию после ремонта.

Известна также установка струйного насоса для очистки скважин (УОС) (2), содержащая трубопровод подвода активной среды, корпус с установленным в нем струйным насосом, выполненные в корпусе каналы подвода активной и пассивной сред и уплотнительный пакер гидравлического типа. Установка работает следующим образом. Струйный насос с уплотнительным пакером устанавливается на колонне подъемных труб (НКТ) в скважине чуть выше интервала перфорации. После срабатывания пакера в трубы НКТ с поверхности сбрасывается шарик, перекрывающий зону нагнетания струйного насоса от зоны всасывания. Увеличением давления в НКТ срывается технологическая заглушка со струйного насоса, рабочая жидкость истекает с высокой скоростью из сопла, в результате давление в приемной камере, а следовательно, и в подпакерном пространстве начинает падать. В результате отложения на забое скважины и в призабойной зоне поступают вместе с пластовой жидкостью в приемную камеру и далее потоком рабочей жидкости подаются на поверхность.

Недостатком данной установки является сложность и громоздкость конструкции уплотнительного пакера, что приводит к усложнению технологии ее использования и снижению надежности разобщения затрубного пространства. Промысловый опыт внедрения показывает, что основной причиной неэффективных промывок скважин является недостаточная надежность срабатывания уплотнительного пакера.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является струйный аппарат для промывки скважин, содержащий трубопровод подвода активной среды, корпус с установленным в нем струйным насосом, выполненные в корпусе каналы подвода активной и пассивной сред и уплотнительный пакер, включающий ствол, цилиндр, поршень и манжеты, при этом аппарат снабжен жестко связанным с корпусом и размещенным в стволе по оси аппарата патрубком, внутренняя полость которого образует канал подвода пассивной среды, а кольцевая полость, образованная наружной поверхностью патрубка и внутренней поверхностью ствола уплотнительного пакера, снабжена заглушкой для изолирования от области всасывания и образует канал подвода активной среды к нижнему торцу поршня (3).

Данный аппарат существенно упрощает процесс технологии использования в скважинных условиях, упрощает конструкцию уплотнительного пакера устройства, повышает надежность разобщения затрубного пространства. Однако данный струйный аппарат обладает рядом недостатков.

Так из промысловой практики применения струйных аппаратов известно, что одним из наиболее распространенных причин отказов струйного насоса является забивка его проточных каналов механическими примесями, особенно при его использовании для очистки скважины. Это особенно актуально, учитывая небольшие диаметры проточных каналов струйных насосов, например диаметр сопла 5...6 мм, диаметр входного отверстия диффузора 8 мм. Если контролировать загрязненность активной среды не представляет большого труда, то контроль загрязненности пассивной среды не представляется возможным, т.к. по своей сути аппарат предназначен для очистки загрязненных скважин, т.е. вся загрязненная пассивная среда должна проходить через камеру смешения и диффузор. Поэтому место расположения струйного насоса и геометрия каналов подвода пассивной среды играют большую роль.

В прототипе струйный аппарат расположен в зоне под пакером, т.е. по существу окунается в пульпу отложений на забое. Известно, что обработке подвергается интервал перфорации, т.е. пакер устанавливается чуть выше него, вместе с тем, из промысловой практики известно, что в загрязненных скважинах отложения зачастую перекрывают интервал перфорации. Следовательно, применение прототипа в загрязненных скважинах, по нашему мнению, вызовет быструю забивку приемной камеры, камеры смешения и диффузора. Кроме того, крупные частицы шлама после прекращения промывки вновь попадут на забой скважины, так как движение жидкости прекратится.

С другой стороны, в прототипе каналы подвода активной среды к соплу и каналы отвода смеси жидкости от диффузора выполнены в виде пересекающихся усеченных конусов, что предполагает их взаимное не концентричное расположение в непосредственной близости от струйного аппарата. Такое выполнение каналов приводит к тому, что патрубок испытывает большие перепады избыточного внутреннего давления. Действительно, известно, что скважинные струйные насосы являются высоконапорными насосами, и давление закачки активной среды достигает 350. ..500 атм. После срабатывания пакета, давление в подпакерной зоне начинает снижаться, причем вплоть до атмосферного. Предположим, обрабатывается пласт на глубине 2200 м, следовательно, давление на забое около 220 атм (если скважина заглушена водой). Если давление в подпакерной зоне снижается до атмосферного, то тогда очевидно, перепад давления в патрубке составит 500 + 220 = 720 атм. Для такого перепада давления необходимы, достаточная прочность стенок патрубка, что трудно выполнимо в прототипе, т.к. там струйный насос размещен в подпакерном пространстве, и необходимо выполнение параллельно с патрубком отводящего трубопровода.

Вместе с тем, такие перепады давления предъявляют повышенные требования к резьбовым соединениям, герметичности стыков, что усложняет конструкцию и, следовательно, снижает надежность работы.

Целью изобретения является упрощение конструкции уплотнительного пакера и повышение надежности разобщения затрубного пространства.

Указанная цель достигается тем, что струйный аппарат снабжен приемным фильтром, канал подвода активной среды к поршню выполнен в виде кольцевого пространства, образованного наружной поверхностью патрубка и внутренней поверхностью ствола, а приемный фильтр закреплен к нижней части цилиндра.

На фиг. 1 представлен продольный разрез струйного аппарата, на фиг. 2 - сечение А-А, на фиг. 1 схематично стрелками показано движение жидкости.

Струйный аппарат для промывки скважин содержит трубопровод подвода активной среды 1, жестко связанный с ним корпус 2 установленные в корпусе 2 струйный насос, включающий сопло 3 и диффузор с камерой смещения 4. В корпусе 2 выполнена приемная камера 5 струйного насоса. К нижней части корпуса 2 посредством переводника 6 крепится ствол 7 уплотнительного пакера аппарата. На ствол насажены эластичные манжеты 8, которые снизу подпираются поршнем 9, выполненным с возможностью осевого перемещения по стволу 7. Наружная поверхность поршня 9 взаимодействует с внутренней поверхностью цилиндра 10, который в свою очередь жестко связан со стволом 7. По оси установки установлен жестко связанный с корпусом 2 патрубок 12, размещенный внутри ствола 7. Внутренняя полость патрубка 12 образует канал подвода пассивной среды и связана с приемной камерой 5 посредством канала 13, выполненного в корпусе 2. Кольцевое пространство, образованное наружной поверхностью патрубка 12 и внутренней поверхностью ствола 7 образует канал подвода активной среды к поршню 9 и в свою очередь гидравлически связано с трубопроводом подвода активной среды 1 посредством сквозного осевого канала 14, выполненного в корпусе 2. Полость, образованная нижним торцом поршня 9 и цилиндром 10, гидравлически связана с каналом в стволе 7 посредством отверстия 15. Кольцевое пространство, образованное стволом 7 и патрубком 12, изолировано от области всасывания с помощью заглушки 16. Внутренняя полость патрубка 12 гидравлически связана с подпакерным пространством посредством приемного фильтра 11, который крепится к нижней части цилиндра.

Струйный аппарат работает следующим образом.

Аппарат опускается в скважину таким образом, чтобы уплотнительный пакер находился выше интервала перфорации скважины. Затем в трубопровод подвода активной среды 1 с поверхности закачивается под необходимым давлением рабочая жидкость. В корпусе 2 аппарата часть потока рабочей жидкости подается к соплу 2 струйного насоса, а часть через осевой канал 14 в кольцевое пространство между стволом 7 и патрубком 12 и через отверстие 15 подается к нижнему торцу поршня 9. В результате этого возникает осевая сила, приложенная к поршню 9 и направленная вверх, величина которой пропорциональна перепаду давления на поршне 9 и площади его поперечного сечения. Под действием этой силы поршень 9 идет вверх и сжимает манжеты 8, которые упруго расширяясь и касаясь стенок скважины, производят изоляцию затрубного пространства. В это же время жидкость, истекая с высокой скоростью из сопла 3, засасывает пассивную среду в приемной камере и подает через диффузор с камерой смешения 4 в затрубное пространство над уплотнительным пакером. После того, как под действием поршня 9 произошла изоляция затрубного пространства, давление в приемной камере 4 струйного насоса начинает падать. Соответственно падает давление и в зоне скважины под уплотнительным пакером. В результате этого увеличивается перепад давления на поршне 9, способствующий увеличению силы, действующей на поршень 9 и направленный вверх, что приводит к более сильному прижатию эластичных манжет к стенке скважины. В результате этого пассивная среда с отложениями поступает через приемный фильтр 11 во внутреннюю полость патрубка 12 и затем на прием насоса и далее на поверхность. При прохождении пассивной среды с отложениями через фильтр, крупные частицы, способные забить проточные каналы струйного насоса не подаются на прием струйного насоса, чем обеспечивается более длительная и надежная работа аппарата в загрязненных скважинах.

С другой стороны, выполнение струйного насоса над пакером позволяет вывести струйный насос и проточные каналы из зоны отложений, т.к. известно, что часто зоны отложений грязи перекрывают интервал перфорации. Следовательно, при использовании прототипа струйный насос в подобных случаях оказывается погруженным в отложениях, значит высока вероятность забивки проточных каналов струйного насоса грязью. Таким образом, выполнение струйного насоса над пакером позволяет увеличить работоспособность устройства в загрязненных скважинах.

Как уже указывалось ранее, в прототипе патрубок испытывает большое избыточное давление, т.е. материал работает на растяжение. В заявляемом техническом решении существует такой же перепад между внутренней полостью патрубка 12 и кольцевым пространством. Однако этот перепад вызывает нагружение на смятие. Известно, что намного превышает т.е. в заявляемом техническом решении нагружение патрубка более выгодно, и не требует существенного увеличения толщины стенки.

Литература

1. Справочная книга по добычи нефти. Под ред. Ш.К. Гимутдинова, М., Недра, 1974.

2. Яремийчук P. С. Создание депрессий на пласт с помощью струйных аппаратов, Нефтяное хозяйство, 11, 1981.

3. А. с. 542819. Устройство для освоения скважин. Опубликовано 15.01.77. Бюллетень 2. Дата опубликования описания 17.02.77.